CC BY
56
УДК 631.468.52:631.432.25
ЧИСЛЕННОСТЬ МНКРОАРТРОПОД ЧЕРНОЗЕМОВ СТЕПНЫХ АГРОЛАНДШАФТОВ С ОЧАГАМИ СОВРЕМЕННОГО ПЕРЕУВЛАЖНЕНИЯ
©2013 С.А. Тищенко1, A.A. Казадаев1, Н.И. Булышева2, А.Т. Гордей1
1 Южный федеральный университет, г. Ростов-на-Дону 2Институт аридных зон Южного научного центра РАН, г. Ростов-на-Дону
Поступила 09.06.2013
В данной статье проведен анализ численности почвенных микроартропод (клещей и ногохвосток) черноземов, которые подвергаются избыточному увлажнению в степной зоне на богаре.
Ключевые слова, вторичный гидроморфизм, черноземы, микроартроподы, локальное переувлажнение.
Важной проблемой для степной зоны Юга России является появление и широкое распространение локального сезонного переувлажнения черноземов, которое не соответствует экологии этих почв. Особенность развития современного локального переувлажнения в условиях неорошаемого земледелия состоит в том, что оно является следствием процессов, которые связаны с незначительными, на первый взгляд, изменениями, приводящими при определенном сочетании природных предпосылок к изменениям в гидрологии целых регионов [8]. Причиной возникновения и развития переувлажнения черноземов является сочетание двух групп факторов: природных предпосылок и комплекса антропогенных воздействий, которые являются пусковым механизмом [5, 12]. На месте автоморфных черноземов возникли новые, весьма своеобразные ландшафты с типичной гидрофильной растительностью и минеральными гидроморф-ными почвами разной степени заболоченности и засоления. Такие ландшафты получили название мочары. Они занимают обычно дискретные ареалы среди зональных черноземов и, по сути, представляют собой комплекс болотных, лугово-болотных, луговых и лугово-степных почв [1].
Система критериев для индикации почв мочар-ных ландшафтов не разработана полностью. Поэтому использование достаточно надежных биологических объектов индикации, которые хорошо зарекомендовали себя для диагностики изменения почвенных свойств и режимов, позволит оценить степень развития процесса локального переувлажнения в любом месте их проявления. Некоторые биологические особенности почв участков локального переувлажнения были ранее изучены [7]. Но, несмотря на довольно широкое распространение локально переувлажненных участков в бассейне Нижнего Дона, до настоящего времени почвенные беспозвоночные населяющие их вообще не изучались.
Тищенко Светлана Апександровна, к.б.н., доцент, e-mail: tischenko(a!sfedu.ru; Казадаев Анатолий Анисимович, д.б.н., проф., e-mail: zoo_sfedu(a)sfedu.ru; Булышева Наталья Ивановна, к.б.н., старший научный сотрудник, e-mail: bulisheva_nata(a)mail.ru; Гордей Анжела Тяйсумовна, студент, e-mail: ecology(a)sfedu.ru
Цель исследования - установить численность почвенных микроартропод (клещей и ногохвосток) черноземов, которые подвергаются избыточному увлажнению, и оценить возможность использования этого показателя в качестве одного из критериев проявления локального переувлажнения в нашем регионе.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Объектами исследования являлись локально переувлажненные ландшафты Зерноградского района Ростовской области. Согласно схеме геоморфологического районирования Волго-Донского региона, исследованная территория является частью Азово-Кубанской низменности. Климат Зерноградского района - среднеконтинентальный с амплитудой среднемесячных температур 28,5 С и Кт 0,7-0,8. Он относится к умеренно жаркому району с суммой положительных температур за период активной вегетации 3200-3400 С. Особенность Зерноградского района определяется равнинным рельефом, незначительной водопроницаемостью покровных отложений с подстиланием из третичных глин. Также для местности характерна природная замедленность грунтовых потоков. Возникновение и увеличение дополнительного питания грунтовых вод, связанного с нарушением естественного дренажа вследствие заиления балок и рек привело к появлению грунтового подтопления [9].
Для исследования численности почвенных микроартропод отбирались пробы почвы в мае 2010 г. в 8-кратной повторности металлической рамкой объемом 125 см3 на глубину до 25 см послойно по 5 см [4]. Всего было отобрано 40 почвенных образцов. Одновременно послойно измерялась температура, отбирались образцы для определения влажности. Определение полевой влажности почвы проводилось гравиметрическим методом. Пробы почвы отбирались послойно по 5 см в трехкратной повторности. Также на участке исследования был заложен полнопрофильный почвенный разрез. Экстракцию микроартропод из субстрата осуществляли на эклекторах при естественном освещении без электрического обогрева в течение 7 дней до полного высыхания [14] с последующим хранением в 70% спирте с добавлением глицерина. В спиртовых
пробах под бинокуляром МБС-10 выявляли состав микроартропод: панцирных клещей, относящихся к отряду Acariformes; гамазовых клещей, относящихся к отряду Parasitiformes. Клещей, относящихся к подотряду Trombidiformes (тарсонемоидных, эн-деостигматических, простигматических), а также акароидных клещей, подотряда Sarcoptiformes объединили в акароидно-тромбидиформный комплекс. Особое внимание было уделено ногохвосткам (Collembola), которых учитывали количественно в каждой пробе послойно. Остальных животных по своим мелким размерам относили к прочим беспозвоночным.
Для показателей численности подсчитывали среднее и ошибку среднего. Оценку зависимости распределения численности микроартропод по профилю от температуры и влажности проводили с помощью двухфакторного дисперсионного анализа. Характер распределения микроартропод на обследуемом участке определяли с использованием индекса агрегированное™ по формуле Лексиса (X). Среди многочисленных параметров распределения этот коэффициент имеет наибольшую биологическую информативность [13]. Статистическая обработка выполнена с использованием компьютерной программы Microsoft Excel 2003.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Для исследования численности микроартропод локального переувлажненого ландшафта были выбраны наиболее характерные точки и были отобраны пробы для последующего анализа. Как правило, подобные ландшафты резко выделяются среди сельскохозяйственных полей из-за смены растительности. Наряду со степными видами широко представлены гидроморфные растения, а также хорошо выраженной поясностью в характере размещения группировок травяно-лугово-болотной растительности [11].
Точки отбора образцов располагались под разными растительными ассоциациями: ассоциации с доминированием тростника обыкновенного и ассоциации на остепняемых участках мочарного ландшафта с доминированием степных злаков (типчака, пырея и др.) без участия тростника обыкновенного.
Помимо доминантов в растительных ассоциациях также встречаются трехреберник, молочай, чертополох, тысячелистник, ярутка полевая, щавель конский, осот полевой, подмаренник. Результаты исследования температуры и влажности почвы в точках отбора почвенных образцов в пределах локально переувлажненного ландшафта и на пашне представлены в таблице 1.
Из таблицы 1 видно, что исследуемый участок значительно отличается по условиям температуры и влажности от обычной пашни даже в переделах 25-см слоя. Согласно ранее проведённым исследованиям [10], влажность в верхнем метровом слое переувлажненных почв обычно выше, чем в зональных черноземах: в лугово-черноземных - на 23, в черноземно-луговых - на 3-5%.
Локально переувлаженный ландшафт представляет собой неоднородную по растительному покрову многолетнюю залежь (более 30 лет). В основном, большая часть участка занимает тростник обыкновенный, но встречаются участки свободные от него и занятые сообществом степных злаков: вейником наземным, типчаком, пыреем и пр. Неодинаковый растительный покров точек отбора стал причиной различий в температуре и влажности почвы. Более плотный и высокий покров, который образует сообщество тростника обыкновенного, является причиной более низкой температуры верхних слоев почвы и их более высокой влажности по сравнению с сообществом типчака и вейни-ка (табл. 1).
В таблице 2 представлена численность микроартропод, населяющих локально переувлажненный участок.
В качестве эталона использовался участок с типичными для данной зоны почвами - черноземом обыкновенным карбонатным - памятник природы «Степь Приазовская». Наиболее полная характеристика комплекса микроартропод этого типа почв дана в работе Булышевой H.H. [2]. Сходные данные были получены и для другого эталонного участка - ООПТ «Персиановская степь» [6] для такого же типа почв. В таблице 3 приведены данные по агроценозу и разным стадиям залежи.
Слой, см Точки отбора под тростником Точки отбора под типчаком
Влажность, % Т, °С Влажность, % Т, °С
0-5 20,87 19,2 13,87 24,3
5-10 24,56 15,6 18,23 19,3
10-15 29,49 14,8 19,20 17,8
15-20 28,14 14,1 19,94 15,8
20-25 29,37 13,8 25,02 14,8
Таблица 1. Температура и влажность почвы локально переувлажненного ландшафта и чернозема обыкновенного карбонатного под с/х культурой
Таблица 2. Средняя численность различных групп микроартропод (тыс.экз./м2) в слое 0-25 см локально переувлажненного ландшафта
Группы микроартропод Май
Панцирные клещи 21.2±0.7
Гамазовые клещи 4,3±0,3
Акароидно-тромбидиформные клещи 1.0±0.1
Ногохвостки 3,8±0,3
Прочие беспозвоночные 4,5±0,3
Всего микроартропод 34,8±1,7
Таблица 3. Средняя численность микроартропод (тыс.экз./м2) в пахотном горизонте чернозема обыкновенного карбонатного памятника природы «Степь Приазовская» в мае [2]
Группы микроартропод Агроценоз 5-летняя залежь 15-летняя залежь Многолетняя залежь
Панцирные клещи 8,2 ± 2,7 10,0±2,6 13,9±2,6 23,3±3,2
Гамазовые клещи 3,6 ±0,8 6,2±1,7 10,5±2,7 12,3±2,8
Акароидно-тромбидиформные клещи 2,5 ± 0,4 9,2±2,1 10,9±2,6 15,3±2,5
Ногохвостки 3,2 ±0,6 5,8±1,7 7,8±1,9 11,1±2,1
Прочие беспозвоночные 3,9 ±0,7 4,1±0,5 4,9±1,6 6,5±1,2
Всего микроартропод 21,4 ± 3,4 35,3±4,6 48,0±4,8 68,5±5,7
Анализ результатов исследований показал, что в мае на локально переувлажнённых почвах общая численность микроартропод (34,8 тыс.экз./м2) сходна с данными, полученными под пятилетней залежью (35,3 тыс.экз./м2). При этом численность на многолетней залежи при переувлажнении в два раза ниже, чем таковая в автоморфных условиях. Однако численность основных деструкторов растительного опада - панцирных клещей (21,2 тыс.экз./м2) сравнима с численностью, отмечавшейся на многолетней залежи (23,3 тыс.экз./м2), что является следствием как достаточной влажности и теплообеспеченности почвы, так и наличия питательного субстрата. Показатели плотности населения остальных групп микроартропод аналогичны либо несколько ниже, отмеченных на пашне эталонного участка. Например, количество акаро-идно-тромбидиформных клещей в агроценозе составляет 2,5 тыс.экз./м2, а в переувлажнённой почве всего 1 тыс.экз./м2.
Исследование вертикального и горизонтального распределения микроартропод позволяет оценить степень неоднородности условий среды в пределах биотопа, механизмы взаимодействия различных групп почвенных беспозвоночных друг с другом и ДР-
В ходе оценки плотности населения мелких членистоногих по почвенному профилю наибольший ее показатель отмечен в слое 0-5 см для всех групп микроартропод исключая прочих клещей. Для них пик численности зафиксирован в слое 5-10 см. Далее, с глубиной во всех исследуемых группах отмечено снижение численности. По данным двух-факторного дисперсионного анализа зависимость изменения численности микроартропод с глубиной от температуры и влажности не достоверна (РП0,05).
Горизонтальное распределение микроартропод на переувлажненном участке носит агрегированный характер (2,5 ПАЛ5). На эталонных 5-, 15- и 70- летних залежах наблюдается
слабоагрегированное распределение (X меньше 2,5), и отмечается сниже- ние индекса с увеличением возраста оставления в залежь, а, следовательно, и стабилизации биоцено- за [3].
На территории локально переувлажненного ландшафта в зависимости от длительности переувлажнения происходит смена растительных сообществ, что влечет за собой изменение численности всех исследуемых групп мелких членистоногих.
Также в большинстве случаев, локальное переувлажнение становится причиной увеличением количества общего органического вещества в почве. Комплекс сложившихся почвенно-гидрологических условий и изменение характера растительных остатков способствует тому, что происходит замедление минерализации органических остатков и накопление полуразложившегося материала. Вероятно, это и послужило причиной значительного увеличения количества панцирных клещей на переувлажненном участке, т.к. они участвуют на средних и поздних этапах разложения органических веществ.
При этом общая численность мелких членистоногих ненамного увеличивается по сравнению с пашней, хотя количество потенциальной пищи на участках переувлажнения гораздо выше. Роль ограничивающего фактора в данном случае играет большое разнообразие как гидрологических режимов, так и химического состава почв переувлажнённых ландшафтов. Возможность использования показателей численности микроартропод как диагностического критерия процесса переувлажнение требует дальнейшего изучения.
Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (14.А18.21.0187, 14.AÍ8.21.1269) и в рамках реализации Программы развития Южного федерального университета.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Безуглова О.С., Назаренко О.Г. Генезис и свойства мо-чаристых почв Предкавказья // Почвоведение. 1998. № 12. С. 1423-1430.
2. Булышева H.H. Микроартроподы (Acariña, Collembola) в пахотном горизонте черноземов обыкновенных и каштановых почв Нижнего Дона: Дис. ... канд. биол. наук. Ростов н/Д 2004. 177 с.
3. Булышева H.H., Кременгща А.М., Казадаев A.A. Динамика комплекса микроартропод (Acariña, Collembola) памятника природы «Степь Приазовская» при естественном остепнении // Вестник Южного научного центра. 2008. Т. 4. № 1. С. 52-60.
4. Гтяров М.С. Зоологический метод диагностики почв. М. 1965. 278 с.
5. Зайделъман Ф.Р., Тюльпанов В.Н., Ангелов E.H., Давыдов A.II. Почвы мочарных ландшафтов - формирование, агроэкология и мелиорация. М.: Изд-во МГУ, 1998. 160 с.
6. Казадаев A.A., Булышева H.H., Кременгща А.М., Казеев К.Ш., Колесников СЛ., Абрамова Т.П. Некоторые биологические особенности чернозема обыкновенного нижнего дона (целинный участок ООПТ «Персианов-ская степь») // Изв. Вузов. Сев.-Кавк. регион. Серия: Ес-теств. науки. 2004. № S4. С. 91-101.
7. Казеев К.Ш., Фомин С.Е., Колесников СЛ., Вапъков В.Ф. Биологические особенности локально-гидроморфных
почв Ростовской области // Почвоведение. 2004. № 3. С. 361-372.
8. Назаренко О.Г. Современные процессы развития локальных гидроморфных комплексов в степных агро-ландшафтах: Автореф. дис. ... д-ра биол. наук. М., 2002. 46 с.
9. Отчет о мониторинге земель сельскохозяйственного назначения Ростовской области (переувлажненные почвы Зерноградского, Егорлыкского и Целинского районов). ЮжНПИгипрозем, г. Ростов-на-Дону, 1998 г. 82 с. (рукопись).
10. Тищенко С.А. Изменение черноземов Нижнего Дона при локальном переувлажнении: Дис. ... канд. биол. наук. Ростов н/Д, 2004. 166 с.
11. Филоненко ВН. Взаимосвязь структуры почвенного покрова и растительного покрова при переувлажнении геоморфологически расчлененных ландшафтов восточных отрогов Донецкого кряжа: Дис. ... канд. биол. наук. Персиановка, 2000. 162 с.
12. Хитрое Н.Б., Назаренко О.Г., Чижикоеа H.H., Герасименко Н.М., Кпюкин Н.В., Литвинов С.А. Вторичное переувлажнение почв автоморфных степных агроланд-шафтов в условиях богарных систем земледелия // Совр. проблемы почвоведения. М.: Почв. Ин-т им. В.В. Докучаева РАСХН, 2000. С. 482-502.
13. Чернов ЮЛ. Основные синэкологические характеристики почвенных беспозвоночных и методы их анализа // Методы почвенно-зоологических исследований. М.: Наука, 1975. С. 160-216.
14. Balogh J. rebensgemeinschaften der Eandtiere, ihre Erforschung unter besonderer Berucksichigung der zoozonologi-schen Arbeitsmethoden. B. Budapest. 1958. 260 p.
THE NUMBER OF MICROARTHROPODA IN CHERNOZEMS OF THE STEPPE AGROLANDSCAPES WITH AREAS OF MODERN WATERLOGGED
©2013 S.A.Tischenko1, A.A. Kazadaev2, N.I. Bulisheva3, A.T. Gordey1
1 Southern Federal University, Rostov-na-Donu institute of Arid Zones, Southern Sri. Center of RAS, Rostov-na-Donu
The analysis of the number of soil microarthropods (Acarina and Collembola) in chernozems that are exposed to excessive moisture in the steppe zone without irrigation were carried out.
Keywords: secondary hydromorphism, chernozem, microarthropoda, local waterlogging.
Svetlana Tischenko, Candidate of Biology, associate professor, e-mail: tischenko(S)sfedu.ru; Anatoly Kazadaev, Doctor of Biology, professor, e-mail: zoo_sfedu(S)sfedu.ru; Natalya Bulisheva, Candidate of Biology, senior researcher, e-mail: bulisheva_nata(S!mail.ru; Angela Gordey, student, e-mail: ecology (S!sfedu.ru
